Forscher an der University of Cambridge haben eine Methode zur Verwendung von Holografie im 3D-Druck entwickelt.
Holographie ist ein optisches Verfahren zum Erzeugen und Aufzeichnen eines dreidimensionalen Lichtfeldes, indem mehrere Lichtquellen verwendet werden, um ein Interferenzfeld zu erzeugen. Sie haben wahrscheinlich von Zeit zu Zeit Hologramme gesehen; es sind diese seltsamen Bilder, die bei richtiger Beleuchtung plötzlich in scheinbar volles 3D aufbrechen.
Was passiert ist, dass die Beleuchtung es der Aufnahme ermöglicht, etwas nahe dem ursprünglichen Interferenzmuster zu reproduzieren, und somit wird das ursprüngliche 3D-Bild sichtbar.
Was um alles in der Welt hätte das mit 3D-Druck zu tun, fragen Sie? Ich habe es auch getan, aber es scheint, dass es einige gibt sehr interessante Anwendungsmöglichkeiten für die Technologie, insbesondere bei der Durchführung von Pulverbettschmelzen (PBF).
PBF- und SLA-Probleme
PBF ist ein verbreitetes 3D-Druckverfahren, bei dem hohe Energie, typischerweise von einem leistungsstarken Laser, einen winzigen Punkt auf einem flachen Bett aus feinem Pulver oder Harz beleuchtet. Die Energie schmilzt diesen Fleck, und schließlich wird eine ganze Schicht vom Laser verfolgt. Es wird mehr Material aufgetragen und der Vorgang wiederholt sich.
Das Problem besteht darin, dass man, um Drucke mit optimal geformten inneren Mikrostrukturen zu erzielen, alle Elemente des Druckprozesses, einschließlich Umgebungstemperatur, Sauerstoffanteil, Pulverqualität und Laserbeleuchtung, hochpräzise steuern muss. Es ist einfach, 3D-Drucke herzustellen, deren Festigkeit denen mit herkömmlichen Herstellungsverfahren unterlegen ist, daher ist dies ein erhebliches Hindernis für die Einführung des 3D-Drucks.
Infolgedessen haben viele 3D-Druckerhersteller viel Zeit und Mühe aufgewendet, um ihren PBF- und SLA-Prozess zu verfeinern, um den besten 3D-Druck zu gewährleisten. Es gibt jedoch immer Raum für Verbesserungen, und genau das könnte die holographische Forschung tun.
3D-Laser-3D-Druck
Die holographische Methode ermöglicht eine weitaus bessere Kontrolle der Beleuchtung. UC erklärt:
„Allerdings können computergenerierte Hologramme dazu beitragen, die Verteilung dieser Energie in drei statt in zwei Dimensionen durch optische Beugung (das Biegen von Lichtwellen um ein Hindernis) unter Kontrolle zu bringen. Der Schmelzprozess kann dann in Echtzeit überwacht und das Hologramm neu berechnet werden, um Form, Qualität und Material des AM-Prozesses zu kontrollieren.“
Dies überwindet das Problem von Abweichungen im Material, die eine inkonsistente Erstarrung verursachen. Theoretisch kann dies überwacht und gesteuert werden, und das könnte zum Beispiel viel stärkere Metall-3D-Drucke bedeuten. Dieser Ansatz würde auch für Polymer-PBF- und SLA-Systeme funktionieren.
All-Layer-PBF?
Bei dieser neuen Form der Laserbeleuchtung gibt es noch eine ganz dramatische Möglichkeit: die gleichzeitige Herstellung einer ganzen Schicht auf einmal. Teammitglied und Doktorand der Ultrapräzisionstechnik Peter Christopher erklärt:
„Das Ziel ist es, eine ganze Schicht Metallpulver gleichzeitig zu schmelzen, wodurch die Herstellungsgeschwindigkeit verbessert und viele der thermischen Probleme beseitigt werden, die bei aktuellen Ansätzen auftreten.“
Wenn ich das richtig verstehe, bedeutet dies, dass die holographische Technik möglicherweise ein Lichtfeld erzeugen könnte, das der erforderlichen Beleuchtung für eine gesamte PBF-Schicht sowohl für Metall- als auch für Polymerumgebungen entspricht. Wenn genügend Energie jedes Pixel der Druckoberfläche erreicht, könnte dies eine extrem signifikante Erhöhung der PBF-Druckgeschwindigkeiten bedeuten, die zu den langsamsten in der Welt des 3D-Drucks gehören.
Natürlich ist dies derzeit nur Forschung, aber ich glaube, das Potenzial ist riesig und daher werden wir diese Art von Lasersystem möglicherweise in kommerziellen 3D-Druckern der Zukunft sehen.
